(57)【要約】【課題】磁石使用量を確保しつつ、特性を向上させることができる回転電機を提供する。例えば、磁石間の隙間を少なくし、ロータ外周にリング磁石を配置した場合と同じ効果を出すことができる回転電機を提供する。【解決手段】回転子に複数の永久磁石３を有し、前記回転子は磁石位置決め部４を備えるヨーク１を有し、隣接する２つの前記永久磁石３の端部が、前記磁石位置決め部４の径方向外側に位置するように回転電機を構成する。前記磁石位置決め部４は、例えば前記ヨーク１と一体に形成されても良いし、前記ヨーク１が前記磁石位置決め部４の位置に凹部を有し、前記磁石位置決め部４が、前記凹部に埋設された弾性体により構成されても良い。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子に複数の永久磁石を有する回転電機において、
前記回転子は磁石位置決め部を備えるヨークを有し、
隣接する２つの前記永久磁石の端部が、前記磁石位置決め部の径方向外側に位置するように設けられた回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
前記磁石位置決め部が前記ヨークと一体に形成された回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載の回転電機において、
前記ヨークが前記磁石位置決め部の位置に凹部を有し、
前記磁石位置決め部が、前記凹部に埋設された弾性体により構成された回転電機。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機において、
前記弾性体が瓢箪形状に成形したシリコン樹脂又は円筒形状のバネである回転電機。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つに記載の回転電機において、
前記磁石位置決め部が軸方向に延伸する台形状であり、
前記永久磁石が端部に磁石切り欠き部を有し、
隣接する２つの前記永久磁石の前記磁石切り欠き部の一部が前記磁石位置決め部と接触している回転電機。
【請求項６】
請求項５に記載の回転電機において、
隣接する２つの前記永久磁石の前記磁石切り欠き部が、前記磁石位置決め部を包含する三角形を構成している回転電機。
【請求項７】
請求項５に記載の回転電機において、
前記永久磁石にスキュー着磁が施された回転電機。
【請求項８】
請求項５に記載の回転電機において、
前記永久磁石の最外周部に磁石カバーが設けられた回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開平１１−２９９１５０号公報（特許文献１）がある。この公報には、回転鉄心の外周側に突起を設け、その突起の間に永久磁石を配置し、磁石最外周部にスリーブを配置したものが記載されている。また、特開２０１１−６７０５７号公報（特許文献２）には、ロータヨークに磁石を固定するためのマグネットフォルダーと呼ばれる部材により磁石の位置決めと回転防止の機能を持たせたものが記載されている。また、特開２００４−１５３９１３号公報（特許文献３）には、ロータヨークの一部の材質を用いて回転抑制用の係止片をロータヨークに設けて磁石の固定と位置決めを実現しているものが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２９９１５０号公報
【特許文献２】特開２０１１−６７０５７号公報
【特許文献３】特開２００４−１５３９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の各特許文献には磁石の固定と位置決めを行うための突起部が記載されている。しかし、この突起部は、永久磁石の間に存在しているため、磁石と磁石の間には磁石を配置できない。
【０００５】
このような回転電機では、例えば、磁石の使用量を十分に確保できない場合がある。また、磁石を跨いで同極で着磁するスキュー着磁の場合には、磁束の谷が発生してしまい、コギングトルク等の回転電機の重要な特性を阻害する要因となる場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、磁石使用量を確保しつつ、特性を向上させることができる回転電機を提供する。例えば、磁石間の隙間を少なくし、ロータ外周にリング磁石を配置した場合と同じ効果を出すことができる回転電機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、回転子に複数の永久磁石を有し、前記回転子は磁石位置決め部を備えるヨークを有し、隣接する２つの前記永久磁石の端部が、前記磁石位置決め部の径方向外側に位置するように回転電機を構成する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、磁石使用量を確保しつつ、特性を向上させることができる回転電機を提供することができる。
【０００９】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】回転電機の全体構成を示す斜視図。
【図２】ロータ部分を示した斜視図。
【図３】ロータ部分を示した平面図。
【図４】ロータヨークに設けた磁石固定部の斜視図。
【図５】磁石形状を説明するための斜視図。
【図６】スキュー無しの着磁と磁石表面磁束波形の説明図。
【図７】スキュー着磁した磁石表面磁束波形の説明図。
【図８】スキュー着磁した磁石表面磁束波形の説明図。
【図９】ロータ部分の磁石固定部に弾性体を用いた説明図。
【図１０】ロータ部分の磁石固定部に弾性体を用いた他の説明図。
【図１１】ロータの磁石形状を変えた場合の説明図。
【図１２】ロータ部分の磁石を２段重ねて構成した説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて実施例を説明する。  
なお、以下の各実施例では、回転電機として電動パワーステアリング装置に用いられるブラシレスモータを例に説明する。
【００１２】
〔実施例１〕
本実施例では、回転電機のロータに用いられる界磁用の永久磁石の取り付け構造の例を説明する。
【００１３】
図１は、本実施例の回転電機の構成図である。ここで、ロータのシャフト及び磁極検出器、ステータのボビンやコイル等の説明に用いない部品は省略している。
【００１４】
まず、ロータ側にはロータヨーク１とその外周部に複数個の永久磁石３が配置される。永久磁石３はロータヨーク１に設けられた磁石位置決め部４を基準に搭載位置が決まるように設計されている。この磁石位置決め部４は磁石の内周側に配置され、磁石位置決め部４の外周側においても永久磁石３が存在するよう構成される。
【００１５】
永久磁石３の最外周側には磁石の飛び出しと飛散防止を兼ねた磁石カバー８が配置される。前記永久磁石３と磁石カバー８は接着剤を用いてそれぞれ固定される。磁石カバー８の材質には非磁性体のものが好ましく、例えばステンレスの薄板で作成した筒状のものや、耐熱性のあるフイルム状のものが使用される。
【００１６】
図２を用いてロータ構造について詳しく説明する。ロータの中心部に配置されるロータヨーク１には、磁石の位置決めと回転時の磁石の滑り止めを目的とした磁石位置決め部４が、使用する磁石と同じ個数設けられている。本実施例は１０極の回転電機であるため、使用する磁石数は１０個、磁石位置決め部４の個数も１０個となっている。この磁石位置決め部４はロータヨーク１を作成するときに、例えばプレスの金型に凸部を設けるように一体的に製作したものである。この場合、材質はロータヨークと同じ鉄板材質となる。磁石位置決め部４の形状は、回転止めと位置決めの要求のどちらも満足できるように台形状となっている。また、対向する磁石の接触部にも、磁石位置決め部４の形状と対応する磁石切り欠き部５が設けられている。ただし、この磁石切り欠き部５は完全に磁石位置決め部４の形状と対応する必要は無く、永久磁石３と磁石位置決め部４を磁石切り欠き部５の一部で接触させる形状であれば良い。例えば、図２に示したように、隣接する２つの永久磁石３の磁石切り欠き部５で、磁石位置決め部４を包含する三角形を構成するような形状であっても良い。
【００１７】
図３はロータヨーク１に対して永久磁石３が全て搭載された状態を示したものである。永久磁石のテーパー部と磁石位置決め部４の寸法でロータの外周部の位置が決まるようになっている。そのため、磁石の個々の寸法ばらつきにより磁石外周部に隙間が空く場合もあるが、永久磁石３の外周部に磁石カバーを用いることで、永久磁石３の端部の割れが発生しないようにカバーする構造となっている。
【００１８】
図４にロータヨーク１に設けられた磁石位置決め部４の形状を示す。図４（ａ）はロータヨーク全体を示した構造で、前述のように磁石位置決め部４は磁石の個数と同じ１０個の凸部形状として設けられている。この凸部形状は永久磁石３の貼り付け時の位置決めと回転時の磁石の周り止めの効果がある。図４（ｂ）は磁石位置決め部４の形状を拡大して示したものであり、磁石位置決め部４はモータ回転軸方向（以下、軸方向と称する）から見たときに台形状であり、この台形状が軸方向に延伸した形状で構成されている。また、モータの動径方向（以下、径方向と称する）の高さにおいても１mm程度の高さとなっており、使用する磁石厚みよりも小さく設計されている。例えば磁石厚みが３mm程度の場合には磁石位置決め部の高さは１〜１.５mm程度で構成されている。磁石厚みが１０mmのように厚い場合は、磁石位置決め部の高さも磁石厚みに合わせて高く、例えば５mm程度に設計することが好ましい。
【００１９】
図５に永久磁石３の形状を示す。図５（ａ）は永久磁石３の全体構成を示したもので、内周側にはＶ字型に見える磁石切り欠き部５が設けられている。図５（ｂ）に１つの永久磁石３の形状を示す。１つの永久磁石３の内周面側の両側にテーパーが設けられている。このテーパーが磁石切り欠き部５を構成している。
【００２０】
図６は先に示したロータに分割した磁石に合わせて着磁した状態を示したものである。この場合、１つの磁石に対して１極の永久磁石３が構成されるため、着磁ラインが磁石の端部と同じになる。例えば永久磁石３間に隙間があっても、永久磁石３表面の磁束分布は図示したように模式的には連続的に変化する略台形波とすることができる。このときの磁束密度波形に関しては永久磁石３の配向によって変わってくるが、ステータの磁極形状を最適化することにより、例えば電動パワーステアリング装置に要求されるコギングトルクやトルクリップルを適正化できる。
【００２１】
図７にスキューを施した場合について説明する。スキューをする場合には、スキューによる着磁ライン６が磁石の端部にくる場合と磁石の中心部にくる場合の２通りがある。図７は磁石端部に着磁ライン６がくる場合について示したものである。リング磁石の場合には、磁石に端部が無いためスキューした場合にも問題にはならないが、リング磁石は高価なため、分割磁石の利用が回転電機のコスト低減に有効である。このため、分割磁石にスキューをする技術が重要になっている。
【００２２】
図７に示した分割磁石を連続的に配置した場合、磁石間に隙間がなければ磁石表面の磁束密度分布は図６に示したような略台形状の連続した磁束分布となるが、磁石間に隙間が発生した場合には図７の領域Ａに示したように、永久磁石３の端部で永久磁石３の隙間による磁束密度の変動が発生する。
【００２３】
着磁ラインが磁石の中心にくる場合の構造について図８で説明する。この場合には、磁石端部が着磁された極の中心部となるため、永久磁石の表面磁束密度分布は、略台形波の中心部分に凹み（図８の領域Ｂで示した部分）が発生する。このことから、分割磁石により隙間が生じた場合には、スキューをうまく構成できないことがわかる。そこで、磁石間の隙間を理想的には０にすればこれらの問題に対処することができる。
【００２４】
〔実施例２〕
本実施例では、図９に示すように、磁石位置決め部４をシリコン樹脂やバネ材に代表される弾性体で構成する。実施例１では、ロータヨーク１は凸状に出張っていたが、本実施例では凹部を構成する。その凹部に回転強度を兼ね備えた弾性体の部材を配置することで、磁石の位置決め、回転緩み防止、更には磁石を外周部に飛び出させる効果を兼ね備えることができる。
【００２５】
本実施例の構成の詳細を説明する。ロータヨーク１には外周面に磁石の個数と同じ凹部が設けられている。この凹部に図９に示すような瓢箪型の弾性体（例えばシリコン樹脂を固めたもの）を設け、その間に永久磁石３を配置する。永久磁石３とロータヨーク１の間には隙間が発生するが、接着剤１０によりその隙間を埋めている。永久磁石３の外周部には磁石カバーがあるため永久磁石３は弾性体によって外周側に押し出され、隣の磁石との隙間がなくなったところで位置決めされる。永久磁石３の最外周部と磁石カバー８の隙間も接着剤１０により埋められる。この様に永久磁石３間の隙間がなくなるように、永久磁石３間に緩衝材（すなわち弾性体で構成した磁石位置決め部４）を設けることでロータ全体に磁石の隙間ができるのを防止でき、スキュー着磁を可能にすることができる。
【００２６】
図１０は図９の弾性体としてバネを用いた場合の構成例を示したものである。このように、瓢箪型の弾性体に代えて、円筒形状のバネを磁石位置決め部４の弾性体として用いることでも、図９と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
図１１は永久磁石３として、蒲鉾状の磁石を用いた場合の構成例を示したものである。蒲鉾状の磁石の場合にはスキューは施さないので磁石間に隙間があっても問題ない。
【００２８】
図１２では磁石を２段にした場合について示したものである。これまでの説明で用いた永久磁石３は、１段で磁石間の隙間を無くすために弾性体を磁石の内周側に設けた構造であった。図１２の構造では、磁石の個数は２倍必要になるが、１段目の隙間と２段目の隙間をずらすことができるため、永久磁石を１段で構成する場合よりもラフな設計とすることができる。
【００２９】
また、磁石個数に関しては、磁石個数と磁石位置決め部の数は同じであるが、極数とは関係が無く、例えば２個の磁石で４極に着磁したり、８極、１０極、１２極と増加させたりすることもできる。逆に、２０個の磁石に対して、１０極に着磁したり、４極に着磁したりしても良い。
【００３０】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ロータヨーク
２  ステータコア
３  永久磁石
４  磁石位置決め部
５  磁石切り欠き部
６  着磁ライン
８  磁石カバー
１０  接着剤
１００  回転電機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2013198233.tif 000006
【図５】
2013198233.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013198233.tif 000009
【図８】
2013198233.tif 000010
【図９】
2013198233.tif 000011
【図１０】
2013198233.tif 000012
【図１１】
2013198233.tif 000013
【図１２】
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